Es gibt einen neuen Algorithmus, um Wechselrichter netzbildend zu betreiben. Der Algorithmus betreibt den Wechselrichter als Spannungsquelle. Das ist wichtig, und zwar, wenn Kurzschlüsse und Spannungsabfälle den Netzbetrieb erheblich erschweren. Der Algorithmus entstand an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich in der Schweiz und wurde bereits zum Patent angemeldet.
Bisher haben Kraftwerke, in denen eine Dampfturbine einen Generator antreiben, die Netzfrequenz vorgegeben und stabil gehalten. Dazu gehören insbesondere Atom-, Kohle- und Gaskraftwerke. Wechselrichter folgten der Netzfrequenz. Da solche Kraftwerke in Zukunft nicht mehr zum Einsatz kommen sollen, braucht es Alternativen. Diese müssen durch neue Fahrweisen von Wechselrichtern an Photovoltaik-Anlagen, Batteriespeicher und Windkraftanlagen geschaffen werden.
Solche Wechselrichter müssen Spannungsquelle beziehungsweise taktgebend werden. Doch gerade bei Störfällen ist dieses Verhalten schwer umzusetzen. Bei einem plötzlichen Spannungsabfall im Netz würden die Wechselrichter, sofern sie nicht anders geregelt sind, versuchen, ihr Leistungsniveau zu halten, indem sie entsprechend mehr Strom ins Netz einspeisen. Das würde die Elektronik aber zerstören. Daher schalten die Wechselrichter bei einem Störfall ab, um sich selbst zu schützen.
Ein Team um Florian Dörfler, Professor für komplexe Regelungssysteme an der ETH Zürich, gelang es, einen Algorithmus zu entwerfen, der die Frequenz stabil hält, ohne dass dabei das Gerät Schaden nehmen kann. Dörflers Doktorand Maitraya Desai erkannte, dass bei Netzfehlern die Netzspannung und die Frequenz des Wechselstroms unabhängig voneinander behandelt werden sollten. Die Lösung: Der Regelalgorithmus versucht unter allen Umständen, die Frequenz stabil zu halten. Dabei begrenzt der Algorithmus den Strom und lässt die Spannung frei schwanken.
In einer Computersimulation habe das Team das Prinzip des Algorithmus bereits überprüft. Da es sich bei dem Regelalgorithmus um eine Software handelt, konnte das Team das System auch bereits an einer Testanlage im Labor testen. Der Bau einer neuen Testumgebung war nicht nötig.
Im nächsten Schritt plant Professor Dörfler, dass seine Master-Studenten den Regelalgorithmus gemeinsam mit Unternehmen in der Praxis umsetzen und in neue Produkte einführen.
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„Bisher haben Kraftwerke, in denen eine Dampfturbine einen Generator antreiben, die Netzfrequenz vorgegeben und stabil gehalten.“
Dieser Mythos wird immer wieder wiederholt, als ob er dadurch irgendwann wahr werden könnte. Drehende Generatoren sind die einzige Ursache für den Frequenzdrift. Keine drehenden Generatoren heißt, dass die Frequenz tatsächlich stabil ist. Drehende Generatoren heißt, dass die Frequenz abhängig ist vom Verhältnis Primärenergiezufuhr zu Energieabnahme und damit automatisch unstabil.
Es gibt keinen elektrischen Zusammenhang zwischen Energie und Frequenz. P=UI (Großbuchstaben sind hier Mittelwerte im Gegensatz zu Momentanwerten, aber das ändert nichts an der Gültigkeit).
@Dirk Schiller
Das hat doch in dem Artikel auch nicht gestanden.
Da steht doch nur drin, dass aktuell die Frequenz von den konventionellen Kraftwerken vorgegeben wird. Da steht nicht darin, dass es so sein muss. Und genau dafür wäre dieser Algorithmus eine Möglichkeit. (So habe ich es zumindest verstanden)
Ich hatte mir auch schon darüber Gedanken gemacht, was die Frequenz mit der Netzlast zu tun hat und bin zu dem gleichen Ergebnis wie du gekommen. Solange man aber konventionelle Kraftwerke mit drehenden Generatoren in Betrieb hat, ist die Frequenz zumindest ein Indikator, da sich bei mehr Last die Turbinen langsamer drehen. Durch den Einsatz elektronischer Wechselrichter fällt dieser Indikator naturgemäß weg.
16.05.2025
Synchronisiergerät und das Gerät „Laufenburg“:
Auszug aus dem Gebrauchsmuster Nr. 20 2021 001 620
Ansprüche:
Steuer- und Schaltgerät zur Stabilisierung der Netzspannung bei der Einspeisung und beim Verbrauch elektrischer Energie, nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass
Bei der Gruppe der Stromerzeuger, die Netzspannung, die Netzfrequenz, am Netzanschluss und am zu schaltenden Gerät oder Stromerzeuger, und der Strom nach der Einschaltung, gemessen und überwacht werden wobei zu den Einschaltbedingung auch die Spannungsdifferenz, die Frequenzdifferenz und die Phasenlage der Spannung gemessen und ausgewertet wird, um insbesondere Generatoren, Private- und Firmennetze mit dem öffentlichen Netz zu Verbinden und zu synchronisieren, in einem Gerät enthalten sind.
Das Synchronisiergerät ist seit 1992 in Betrieb, und synchronisiert den Synchrongenerator vom eigenen Wasserkraftwerk mit dem Netz.
Nebenbei: Marginale 28kW Ausbauleistung, 80MWh/a (auch bei Dunkelflauten) ins Netz, nach Herr Untersteller und EEG nicht Förderwürdig. Vergütung 7,67ct/kWh seit dem Jahr 2000 bis zur Insolvenz?
@Dirk Schiller,
Keine drehenden Generatoren heißt, dass die Frequenz tatsächlich stabil ist. Drehende Generatoren heißt, dass die Frequenz abhängig ist vom Verhältnis Primärenergiezufuhr zu Energieabnahme und damit automatisch unstabil.
Das habe ich nicht verstanden. Meine Erfahrung:
Drehende Generatoren bestimmten die Frequenz bisher und in Zukunft im Netz, und passen die Erzeugung dem Verbrauch an. Dispatch. Solar- und Winkrafterzeugung kamen später. Die Probleme auch, und die Herausforderungen jetzt und so weiter.
@Florian Dörfler,
Da solche Kraftwerke in Zukunft nicht mehr zum Einsatz kommen sollen, braucht es Alternativen.
Solche Kraftwerke wird es weiterhin geben (Nukleare, und in Deutschland Gaskraftwerke für noch 55% vom Verbrauch)
Trotz des gesetzlichen Vorranges der Erneuerbaren sind bei höherer Einspeisung zum Verbrauch immer noch fossile Kraftwerke beteiligt.
Gesetzwiedrig, aber aus Sicherheitsgründen.
Schade, dass heute alles mit Algorythmen, komplexe Regelungssysteme,
Der Regelalgorithmus versucht unter allen Umständen, die Frequenz stabil zu halten. Dabei begrenzt der Algorithmus den Strom und lässt die Spannung frei schwanken. Alles so unverstäntlich beschrieben wird.
Das besondere am Synchronisiergerät ist, dass im Inselbetrieb durch Bremsung mit Widerständen (Boiler im Heizkreislauf) die Frequenz langsam (etwa in 5- 10 s) zwischen 49Hz und 51Hz schwankt, so dass die Synchronisierbedingungen Spannung und Phasenlage in dieser Zeit leicht erfüllt werden. Sind sie erfüllt, schaltet das Synchronisierreleis, die Bremsung aus und verbindet den Generator mit dem Netz. Bleibt Synchron mit dem Netz, bis die untere- Spannungsüberwachung anspricht.
Die obere – ist noch nie eingetreten.
Mit normalen Invertern wäre eine Synchronisierung mit dem Netz und eine autarke Anwendung ohne viel Aufwand möglich. (Ein gewöhnlicher 50Hz oszillator steuert die Frequenz). Schwieriger ist die Spannungsregelung und die Anpassung von Erzeugung zum Verbrauch. Aber auch hier kann durch die Pulsweitenmodulation mit denselben IGBT- Modulen die AC- Spannung auf 230VAC geregelt werden. Wie bei jedem Wechselrichter für 12 oder 24VDC auf 230VAC.
(Das Dilemma ist, das unnötigerweise eine kleine und Normmäßige vorgeschriebene Frequenzabweichung schon zur Abschaltung führt)
Wird die untere Frequenzgrenze unterschritten und die Einspeisung ins Netz ausgeschaltet, wird Spannung und Frequenz weiter absinken, und alle Inverter schalten aus. Drehende Synchrongeneratoren können das nicht so schnell ausgleichen.
Möglicherweise der Grund für den Stromausfall am.